Статията говори за това защо Луната не пада върху Земята, причините за нейното движение около Земята и някои други аспекти на нашата небесна механика. слънчева система.
Началото на космическата ера
Естественият спътник на нашата планета винаги е привличал вниманието. В древни времена Луната е била обект на поклонение на някои религии и с изобретяването на примитивните телескопи първите астрономи не са могли да се откъснат от съзерцаването на величествените кратери.
Малко по-късно, с откритието в други области на астрономията, стана ясно, че не само нашата планета, но и редица други имат такъв небесен спътник. А Юпитер има 67 от тях! Но нашият е лидер по размер в цялата система. Но защо луната не пада на земята? Каква е причината за движението му по една и съща орбита? Ще говорим за това.
Небесна механика
Първо, трябва да разберете какво е орбитално движение и защо се случва. Според определението, използвано от физици и астрономи, орбита е движение в друг обект, който е много по-голям по маса. Дълго време се смяташе, че орбитите на планетите и спътниците имат кръгла форма като най-естествена и съвършена, но Кеплер, след неуспешни опити да приложи тази теория към движението на Марс, я отхвърли.
Както е известно от курса на физиката, всеки два обекта изпитват взаимна т. нар. гравитация. Същите сили влияят на нашата планета и луната. Но ако те са привлечени, тогава защо Луната не падне на Земята, както би било най-логичното нещо?
Работата е там, че Земята не стои на едно място, а се движи около Слънцето по елипса, сякаш непрекъснато „бяга“ от своя спътник. А те от своя страна имат инерционна скорост, поради което се движат отново по елиптична орбита.
Най-простият пример, който може да обясни това явление, е топка върху въже. Ако го завъртите, той ще задържи обекта в една или друга равнина, а ако забавите, няма да е достатъчно и топката ще падне. Действат същите сили и Земята го влачи, не му позволява да стои на едно място, а центробежната сила, развита в резултат на въртене, го задържа, предотвратявайки му да се приближи до критично разстояние.
Ако на въпроса защо Луната не пада на Земята се даде още по-просто обяснение, то причината за това е равното взаимодействие на силите. Нашата планета привлича спътника, принуждавайки го да се върти, а центробежната сила сякаш отблъсква.
Слънцето
Такива закони важат не само за нашата планета и спътник, те са подчинени на всички останали.Като цяло, гравитацията е много интересна тема. Движението на планетите наоколо често се сравнява с часовников механизъм, толкова е точно и проверено. И най-важното е, че е изключително трудно да го счупите. Дори ако няколко планети бъдат отстранени от него, останалите с много голяма вероятност ще се изградят отново в нови орбити и няма да има колапс с падане върху централната звезда.
Но ако нашето светило има толкова колосален гравитационен ефект дори върху най-отдалечените обекти, тогава защо Луната не пада върху Слънцето? Разбира се, звездата е на много по-голямо разстояние от Земята, но нейната маса, а оттам и гравитацията , е с порядък по-висок.
Работата е там, че неговият спътник също се движи в орбита около Слънцето, като последното не действа отделно върху Луната и Земята, а върху общия им център на маса. А върху Луната има двойно влияние на гравитацията – звезди и планети, а след нея и центробежната сила, която ги балансира. В противен случай всички спътници и други обекти щяха да изгорят отдавна в горещо светило. Това е отговорът на честия въпрос защо луната не пада.
Движение на слънцето
Друг факт, който си струва да се спомене е, че Слънцето също се движи! А заедно с него и цялата ни система, въпреки че сме свикнали да вярваме, че космическото пространство е стабилно и непроменено, с изключение на орбитите на планетите.
Ако погледнете по-глобално, в рамките на системите и техните цели клъстери, можете да видите, че те също се движат по своите траектории. В този случай Слънцето със своите "сателити" се върти около центъра на галактиката. Ако условно си представите тази картина отгоре, тогава тя изглежда като спирала с много разклонения, които се наричат галактически ръце. В един от тези ръкави, заедно с милиони други звезди, се движи и нашето Слънце.
Падането
Но все пак, ако зададете такъв въпрос и си мечтаете? Какви условия са необходими, при които Луната ще се разбие в Земята или ще отиде на пътешествие до Слънцето?
Това може да се случи, ако спътникът спре да се върти около основния обект и центробежната сила изчезне, също и ако нещо промени орбитата си и добави скорост, например сблъсък с метеорит.
Е, той ще отиде до звездата, ако целенасочено по някакъв начин спре движението си около Земята и даде първоначалното ускорение на светилото. Но най-вероятно Луната просто постепенно ще се издигне в нова извита орбита.
Да обобщим: Луната не пада на Земята, защото освен привличането на нашата планета, тя се влияе и от центробежната сила, която сякаш я отблъсква. В резултат на това тези две явления се балансират взаимно, спътникът не отлита и не се разбива в планетата.
Луната, естествен спътник на Земята, в процеса на движението си в космоса се влияе главно от две тела – Земята и Слънцето. В същото време слънчевото привличане е два пъти по-силно от земното. Следователно и двете тела (Земята и Луната) се въртят около Слънцето, като са близо едно до друго.
При двукратно преобладаване на слънчевото привличане над земното, кривата на движението на Луната трябва да е вдлъбната спрямо Слънцето във всичките му точки. Влиянието на близката Земя, което значително надвишава масата на Луната, води до факта, че величината на кривината на лунната хелиоцентрична орбита се променя периодично.
На диаграмата е показана диаграмата на движението на Земята и Луната в космоса и промяната в тяхното относително положение спрямо Слънцето.
Въртейки се около Земята, Луната се движи в орбита със скорост 1 km/s, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети“ в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята. Директно отговаряйки на автора на въпроса, можем да кажем, че Луната ще падне на Земята само ако не се движи в орбита, т.е. ако външни сили (някакъв вид космическа ръка) спрат луната в нейната орбита, тогава тя естествено ще падне на земята. В този случай обаче ще се освободи толкова много енергия, че да говорим за падането на Луната на Земята, като твърдо тялоне трябва да.
А също и движението на луната.
За по-голяма яснота моделът на движението на Луната в космоса е опростен. В същото време няма да загубим математическата и небесно-механичната строгост, ако, като вземем за основа по-опростен вариант, не забравим да вземем предвид влиянието на множество фактори, нарушаващи движението.
Ако приемем, че Земята е неподвижна, можем да си представим Луната като спътник на нашата планета, чието движение се подчинява на законите на Кеплер и се случва по елиптична "орбита. Съгласно подобна схема, средната стойност на ексцентриситета на лунната орбита е e = 0,055. Голямата полуос на тази елипса е равна по величина на средното разстояние, т.е. 384 400 km В апогея на най-голямото разстояние това разстояние се увеличава до 405 500 km, а в перигея (при най-малкото разстояние) е 363 300 км.
По-горе има диаграма, която обяснява геометричен смисълелементи от лунната орбита.
Елементите на орбитата на Луната описват средното, невъзмутимо движение на Луната,
Въпреки това, влиянието на Слънцето и планетите кара орбитата на Луната да промени позицията си в пространството. Линията на възлите се движи в равнината на еклиптиката в посока, противоположна на движението на Луната в нейната орбита. Следователно, стойността на дължината на възходящия възел се променя непрекъснато. Линията на възлите прави пълна революция за 18,6 години.
Отдел за образование на администрацията на общинския район Кемерово
хрегионална научно-практическа конференция
"Светът на откритията"
раздел "География, геология »
Защо луната не пада на земята?
Семенов Лавр Юриевич,
ученик от 1 клас "В"
MBOU "Ягуновска средно училище"
Ръководител:
Калистратова
Светлана Борисовна,
учител начално училище
MBOU "Ягуновска средно училище"
2016
Съдържание
Въведение ……………………………………………………………………………. 3
Глава 1
1.1. Изучаване на източници ……………………………………………………………………… 5
1.2. Наблюдения на Луната...................................................................................... 7
Глава 2. Организация и резултати от изследването ………………………………9
Заключение…………………………………………………………………………………………….. 13
Списък с литература и интернет ресурси……………………………………………….. 14
Въведение
Обичам всичко, което е свързано с пространството. Обичам да наблюдавам звездите, да намирам съзвездия, затова избрахме тази тема за изследване.
Кемеровският държавен университет има невероятно място - планетариум. Той е включен в списъка на планетариумите в Русия, от които има общо 26, както и в списъка на планетариумите в света. "Основател" на нашия планетариум, учител, кандидат на физико-математическите науки в Кемерово държавен университет, Кузма Петрович Мацуков е по-добър от всеки, разбира "деловете на звездите". Планетариумът е домакин на обиколки с екскурзовод, които разкриват мистериите на космоса, раждането на Вселената и звездите. Тук можете да видите снимка на истинско звездно небе! С помощта на проектора на звездното небе под купола на планетариума можем да видим около пет хиляди звезди, планети, слънцето и луната.
Някои планети имат много луни, докато други не. Решихме да разберем какво е сателит. Разбира се, ние се интересувахме от Луната, тъй като тя е спътник на нашата Земя.
След като попитаха Кузма Петрович защо Луната винаги виси на небето и не отлита, те разбраха, че Земята има невероятен имот: Тя привлича всичко към себе си. Но Луната виси на небето и по някаква причина не пада на Земята. Защо? Нека се опитаме да намерим отговора на този въпрос.
Цел на изследването: разберете защо луната не пада на земята.
Цели на изследването:
1. Изучавайте различни източници по този въпрос (енциклопедии, интернет), посетете планетариума на Кемеровския държавен университет.
2. Разберете как се е образувала Луната, как Луната влияе на Земята, какво свързва Луната със Земята.
3. Направете проучване и въз основа на получените данни разберете защо Луната не пада на Земята.
Изследователска хипотеза: вероятно е луната да падне, ако се приближи до земята. Но може би има нещо, което държи луната на разстояние от земята, така че луната да не пада на земята.
Глава 1
1.1 Изучаване на източници
Преди да потърсим отговора на въпроса „Какво всъщност е Луната?“ Нека проведем малко проучване сред възрастни (5 души) и деца (5 души) и да разберем колко дълбоки са техните познания в тази област.
2 души - дясно;3 души - неправилно.
4 души - дясно;
1 човек - неправилно.
Гражданите на коя държава за първи път кацнаха на Луната? (американци)
0 човек - дясно;
5 души - неправилно.
5 души - дясно;
0 човек - неправилно.
Как се казваше самоходното превозно средство, което пътуваше по повърхността на Луната? ("Луноход")
3 души - дясно;
2 души - неправилно.
5 души - дясно;
0 човек - неправилно.
Знаем, че Земята е магнит. Защо Луната, спътникът на Земята, не пада върху Земята? (Върти се около земята
1 човек - дясно;
4 души - неправилно.
4 души - дясно;
1 човек - неправилно.
Откъде са дошли кратерите на Луната? (от сблъсъци с метеорити)
2 души - дясно;
3 души - неправилно.
5 души - дясно;
0 човек - неправилно.
След проучване установихме, че възрастните могат да отговарят на въпроси за луната, но децата не могат. Така че продължихме нашето изследване.
Думата "луна" означава "ярка". В древни времена хората са смятали луната за богиня – покровителка на нощта.
Луната е единственият естествен спътник на Земята. Вторият най-ярък обект на земното небе след Слънцето.Днес астрономите, използващи съвременни инструменти с лазерен лъч, могат да определят разстоянието между Земята и Луната с точност до няколко сантиметра.Луната е на разстояние 384 400 км от Земята. Пътуването до там пеша ще отнеме девет години!С кола ще трябва да отидем до Луната, без да спираме повече от шест месеца.
Лунният глобус е много по-малък от земята: в диаметър - почти 4 пъти, а по обем - 49 пъти. От веществото на земното кълбо могат да се направят 81 топки, всяка от които би тежала колкото луната.
Винаги можем да видим само едната страна на луната. Един вид "малък" диск, чийто диаметър е 3480 км. Приблизително половината от площта на цяла Русия.Периодът на въртене на Луната около оста си съвпада с периода на въртене на Земята, който е 28 дни и половина, така че Луната винаги е обърната към Земята с една страна.
Луната се върти около Земята не строго в кръг, а в сплескан кръг - елипса. И когато луната се приближи възможно най-близо, разстоянието между земята и луната се свива356 400 километра. Това минимално приближаване на Луната към Земята се наричаперигей . Максималното разстояние се наричаапогей и е равно на цяло406 700 километра.
Няма атмосфера, така че хората не могат да дишат на Луната. Повърхностна температура от -169 °C до +122 °C.
Сивите петна по луната в старите времена се смятаха за морета. Вече е известно, че на Луната няма нито капка вода и няма въздушна обвивка - атмосферата. Лунните "морета" са дълбоки вдлъбнатини, покрити със сиви вулканични скали. Някои от лунните кратери са се образували, когато железни или каменни тела - метеорити - паднали върху Луната от междупланетното пространство. Светлите части на Луната са нейните планински райони.
Американски астронавти кацнаха на Луната. Нашите луноходи, управлявани от Земята, също разказаха много интересни неща за това. Доставени на Земята картечници и астронавти лунна почва. Луната е много малка и следователно силата на гравитацията върху нея също е малка. Астронавтите на Луната тежат около 1/6 от обичайното си тегло на Земята.
Луна 4,5 милиарда години - приблизително същото като Земята. Образува се в резултат на сблъсъка на Земята с една от малките планети. Планетата беше унищожена, а Луната се формира от нейните фрагменти и започна постепенно да се отдалечава от Земята. Разстоянието между него и Земята се увеличава с приблизително същата скорост, с която растат ноктите.
Докато Луната се върти около Земята, силата на гравитацията действа върху нашите морета. Това привличане причинява приливи и отливи.
1.2 Наблюдения на Луната.
Нека да наблюдаваме луната и ще видим, че външният й вид се променя всеки ден. Първо, тесен полумесец, след това Луната напълнява и след няколко дни става кръгла. След още няколко дни пълнолунието постепенно става все по-малко и отново става като сърп. Полумесецът често се нарича месец. Ако сърпът е обърнат с издутина наляво, като буквата "C", тогава Луната се казва, че "старее". След 14 дни и 19 часа след пълнолуние старият месец ще изчезне напълно. Луната не се вижда. Тази фаза на Луната се нарича "новолуние". След това постепенно Луната, от тесен полумесец, обърнат надясно (ако мислено начертаете права линия през краищата на полумесеца, получавате буквата "P", т.е. месецът "расте"), отново се превръща в пълнолуние . Понякога по време на новолуние луната закрива слънцето. В такива моменти се случва слънчево затъмнение. Ако Земята хвърля сянка върху Луната по време на пълнолуние, тогава настъпва лунно затъмнение. За да "порасне" Луната отново е необходим същият период от време: 14 дни и 19 часа. Промяна на външния вид на луната, т.е. смяната на лунните фази, от пълнолуние до пълнолуние (или от новолуние до новолуние) се случва на всеки четири седмици, по-точно в продължение на 29 дни и половина. Това е лунен месец. Той послужи като основа за съставянето на календара. Възможно е предварително да се изчисли кога и как ще се вижда Луната, кога ще има тъмни нощи и кога ще има ярки. По време на пълнолуние Луната е обърната към Земята с осветената страна, а по време на новолуние е неосветена. Луната е твърдо, студено небесно тяло, което не излъчва собствена светлина, тя свети на небето само защото отразява светлината на Слънцето с повърхността си. Обръщайки се около Земята, Луната се обръща към нея или като напълно осветена повърхност, или като частично осветена повърхност, или като тъмна. Ето защо външният вид на Луната непрекъснато се променя през месеца.
Глава 2. Организация и резултати от изследването
Днес астрономите си представят структурата на Слънчевата система по следния начин: Слънцето се намира в центъра й, а планетите кръжат около него, сякаш вързани. Общо са осем – Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран. Защо в крайна сметка планетите вървят около Слънцето, сякаш вързани? Те наистина са обвързани, само че тази връзка е невидима. Исак Нютон формулира един много важен закон – закона земно притегляне. Той доказа, че всички тела на Вселената – Слънцето, планетите с техните спътници, отделни звезди и звездни системи – се привличат едно към друго. Силата на това привличане зависи от размера на небесните тела и от разстоянията между тях. Колкото по-малко е разстоянието, толкова по-силно е привличането. Колкото по-голямо е разстоянието, толкова по-слабо е привличането. Нека направим някои експерименти.
Опит 1. Нека се опитаме да скочим на място. Какво излезе от това? Точно така, излетяхме няколко сантиметра и потънахме обратно на земята. Защо не скочим и не полетим високо в небето, а след това в космоса? Да, защото ние също сме обвързани с нашата планета чрез същата сила на привличане.
Опит 2. Да вземем топката. То не лети никъде, в покой е, в нашата ръка. Стоим на пода. Пускаме топката от ръцете си, тя пада на пода.
Опит 3. Вдигаме лист хартия, хвърляме го нагоре, но също така плавно пада на пода.
Ние наблюдаваме земното притегляне в природата. Виждаме сняг, дъждовни капки падат на земята. Дори ледените висулки не растат нагоре, а надолу към земята.
Заключение. Земята държи на повърхността си всичко, което е върху нея с наистина мощно привличане. Той държи не само нас и всичко живо на Земята, но и всички предмети, камъни, скали, пясъци, води на океаните, моретата и реките, атмосферата около Земята.
Тогава защо луната не пада на земята?
Като начало проведохме анкета сред децата и техните родители на сайта "Кемдетки". Беше зададен въпросът: "Защо според вас Луната не пада на Земята?" Ето някои от отговорите:
1. Даша, 7 години: "Защото на небето има въздух и той държи луната."
2. Аня, 7 години: „Тъй като при нулева гравитация няма гравитация, това е планета!“
3. Оля, 9 години: „Защото Луната се върти около Земята в своята орбита и не може да я напусне.“
4. Матвей, 5 години: „Луната е спътник на Земята. А в Земята има ядро-магнит и той се привлича.
5. Оля, 5 години: "Държи се за въздуха."
6. Алис, 7 години: „Защото небето й я държи и тя не може да се отблъсне...“.
7. Рома, 6 години: "Защото тя се придържа към нощта ...".
8. Маша, 6 години: „Къде пада тя тук? Тук нямаме достатъчно място."
След като изучаваха статии в енциклопедии и интернет, те откриха, че Луната веднага би паднала на Земята, ако беше неподвижна. Но Луната не стои на едно място, тя се върти около Земята. По време на въртене се образува сила, която учените наричат центростремителна, тоест стремяща се към центъра, и центробежна, бягаща от центъра. Можем да проверим това сами, като проведем серия от прости експерименти.
Опит 1. Завържете конец към обикновен флумастери започнете да го въртите.Флумастер върху конец буквално ще се откъсне от ръката ни, но конецът няма да го пусне. Центробежна сила действа върху флумастера, опитвайки се да го изхвърли от центъра на въртене. СкороВърху Луната действа центробежната сила, която не й позволява да падне на Земята. Вместо това се движи около Земята по постоянен път. Ако въртим много силно флумастера, конецът ще се скъса, а ако го въртим бавно, флумастера ще падне. Следователно, ако Луната се движеше още по-бързо, тогава тя ще преодолее привличането на Земята и ще отлети в космоса, ако Луната се движи по-бавно, гравитацията ще я привлече към Земята.
Ф1 - центробежна сила (бягаща от центъра)
Ф2- центростремителна сила (търсеща центъра)
Опит 2. Да вземем ръцете на татко, като в хоровод. Без да пускаме ръцете му, нека започнем да тичаме около татко, да гледаме лицето му и да оставим татко да се обърне след нас. Татко е, а ние ще бъдем луната. Ако се въртите много, много бързо, можете дори да летите, без да докосвате пода с краката си. И за да не отлетим до стената, татко ще трябва да ни държи много здраво. Същото е и в рая. Ръцете на бащата - Земята силно сграбчиха Луната и не я пускат.
Опит 3. Можете също да дадете пример с атракциона "Въртележка", който се намира в Градската градина на Кемерово. Скоростта на въртене на въртележката е специално изчислена и ако центробежната сила е по-малка от напрежението на веригата, в противен случай тя ще завърши с катастрофа.
Опит 4. Пералня - автоматична машина също ще бъде пример. Бельото, което се пере в него, се привлича към стените на барабана му, когато се движи с ускорение, бельото се изпредва и пада само когато барабанът спре.
Заключение. Така е и Луната. Ако не се въртеше около Земята, тогава със сигурност щеше да падне върху нея. Но центробежните сили не й позволяват да направи това. И Луната също не може да избяга - гравитационната сила на Земята я държи в орбита.
Заключение
И така, след като проучихме литературата по този въпрос и посетихме планетариума на Кемеровския държавен университет, разбрахме:
Че Луната е единственият естествен спътник на Земята.Луна 4,5 милиарда години - приблизително същото като Земята.
С помощта на наблюдения забелязахме, че външният вид на луната се променя всеки ден. Такива промени във формата на луната се наричатфази.
Ние също така заключихме, че Луната се държи от Земята чрез силата на привличане между телата. Силата, която предпазва луната да „избяга“, докато се върти, еЗемна гравитация (центростремителна) . И силата, която пречи на луната да падне на Земята -е центробежната сила , което се случва, когато Луната се върти около Земята. Ако Луната се движеше по-бързо, тогава тя би преодоляла гравитацията на Земята и би отлетяла в космоса, ако Луната се движеше по-бавно, силата на гравитацията би я привлякла към Земята.Въртейки се около Земята, Луната се движи в орбита със скорост 1 km/s, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети“ в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята.
Литература и интернет ресурси
Нов училищна енциклопедия"Небесни тела", М., Росмен, 2005 г
„Защо“ Детска енциклопедия, М., Росмен, 2005
— Защо луната не пада на Земята? Зигуненко С. Н., Защо книги, 2015 г
Ранчини. J. „Космос. Свръхнова Атлас на Вселената”, М.: Ексмо, 2006.
- "Деца!" сайт за родители от района на Кемерово.
Уикипедия
Сайт за деца. Защо"
Уебсайт "Астрономия и закони на космоса"
— Колко просто!
Закон за гравитацията
Заслугата на Нютон се крие не само в брилянтното му предположение за взаимното привличане на телата, но и във факта, че е успял да намери закона за тяхното взаимодействие, тоест формулата за изчисляване гравитационна силамежду две тела.
Законът за всеобщото притегляне казва: всякакви две тела се привличат едно към друго със сила, правопропорционална на масата на всяко от тях и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях
Нютон изчисли ускорението, придадено на Луната от Земята. Ускорението на свободно падащи тела близо до земната повърхност е 9,8 m/s 2 . Луната е отдалечена от Земята на разстояние, равно на приблизително 60 земни радиуса. Следователно, разсъждава Нютон, ускорението на това разстояние ще бъде: . Луната, падаща с такова ускорение, трябва да се приближи до Земята през първата секунда с 0,27 / 2 = 0,13 cm
Но Луната освен това се движи по инерция в посока на мигновената скорост, т.е. по права линия, допирателна в дадена точка към нейната орбита около Земята (фиг. 1). Движейки се по инерция, Луната трябва да се отдалечи от Земята, както показва изчислението, за една секунда с 1,3 мм. Разбира се, ние не наблюдаваме такова движение, при което Луната да се движи радиално към центъра на Земята през първата секунда, а през втората секунда - тангенциално. И двете движения непрекъснато се събират. Луната се движи по извита линия, близка до кръг.
Да разгледаме експеримент, от който става ясно как силата на привличане, действаща върху тяло под прав ъгъл спрямо посоката на движение по инерция, превръща едно праволинейно движение в криволинейно (фиг. 2). Топката, търкулнала се надолу от наклонения улей, по инерция продължава да се движи по права линия. Ако обаче отстрани се постави магнит, тогава под въздействието на силата на привличане към магнита траекторията на топката се огъва.
Колкото и да се опитвате, не можете да хвърлите коркова топка, така че да описва кръгове във въздуха, но като завържете конец към нея, можете да накарате топката да се върти в кръг около ръката. Експеримент (фиг. 3): тежест, окачена от нишка, преминаваща през стъклена тръба, издърпва конеца. Силата на опън на нишката причинява центростремително ускорение, което характеризира промяната на линейната скорост в посоката.
Луната се върти около Земята, задържана от силата на гравитацията. Стоманеното въже, което би заменило тази сила, трябва да има диаметър около 600 км. Но въпреки такава огромна сила на привличане, Луната не пада на Земята, защото има начална скорости освен това се движи по инерция.
Познавайки разстоянието от Земята до Луната и броя на оборотите на Луната около Земята, Нютон определил величината на центростремителното ускорение на Луната.
Оказа се същото число - 0,0027 m / s 2
Спрете силата на привличане на Луната към Земята - и тя ще се втурне по права линия в бездната на космоса. Топката ще отлети тангенциално (фиг. 3), ако нишката, която държи топчето по време на въртене около кръга, се скъса. В устройството на фиг. 4, на центробежна машина, само връзката (резбата) поддържа топките в кръгова орбита. Когато нишката се скъса, топките се разпръскват по допирателните. Трудно е за окото да улови тяхното праволинейно движение, когато са лишени от връзка, но ако направим такъв чертеж (фиг. 5), то от него следва, че топките ще се движат праволинейно, тангенциално към окръжността.
Спрете да се движите по инерция - и луната ще падне на Земята. Падането щеше да продължи четири дни, деветнадесет часа, петдесет и четири минути, петдесет и седем секунди, изчисли Нютон.
Използвайки формулата на закона за универсалното привличане, е възможно да се определи с каква сила Земята привлича Луната: където G е гравитационната константа, m 1 и m 2 са масите на Земята и Луната, r е разстоянието между тях. Замествайки конкретни данни във формулата, получаваме стойността на силата, с която Земята привлича Луната и тя е приблизително 2 * 10 1 7 N
Законът за универсалното привличане важи за всички тела, което означава, че Слънцето привлича и Луната. Да броим с каква сила?
Масата на Слънцето е 300 000 пъти по-голяма от масата на Земята, но разстоянието между Слънцето и Луната е 400 пъти по-голямо от разстоянието между Земята и Луната. Следователно във формулата числителят ще се увеличи с 300 000 пъти, а знаменателят - с 400 2, или 160 000 пъти. Гравитационната сила ще бъде почти два пъти по-голяма.
Но защо луната не пада върху слънцето?
Луната пада върху слънцето по същия начин, както и върху земята, тоест достатъчно, за да остане на приблизително същото разстояние, като се върти около слънцето.
Земята се върти около Слънцето заедно със своя спътник - Луната, което означава, че и Луната се върти около Слънцето.
Възниква следният въпрос: Луната не пада на Земята, защото, имайки начална скорост, се движи по инерция. Но според третия закон на Нютон силите, с които две тела действат едно върху друго, са равни по големина и противоположно насочени. Следователно, с каква сила Земята привлича Луната към себе си, със същата сила Луната привлича Земята. Защо Земята не пада върху Луната? Или също се върти около луната?
Факт е, че и Луната, и Земята се въртят около общ център на масата или, опростено, може да се каже, около общ център на тежестта. Припомнете си опита с топки и центробежна машина. Масата на една от топките е два пъти по-голяма от масата на другата. За да могат топчетата, свързани с нишка, да останат в равновесие спрямо оста на въртене по време на въртене, техните разстояния от оста или центъра на въртене трябва да са обратно пропорционални на масите. Точката или центърът, около който се въртят тези топки, се нарича център на масата на две топки.
Третият закон на Нютон в експеримента с топки не е нарушен: силите, с които топките се дърпат една друга към общ център на масата, са равни. В системата Земя-Луна общият център на масата се върти около Слънцето.
Астрономически открития
Вече изброихме няколко големи открития и изобретения, направени през 17 век в астрономията. Същият този век беше предопределен да положи солидна основа пълна теориядвижения на небесните тела - теорията на Нютон за гравитацията ...
Закон на Хъбъл. Закон на Нютон-Хъбъл
Законът на Хъбъл (законът за общата рецесия на галактиките) е емпиричен закон, който свързва червеното изместване на галактиките и разстоянието до тях по линеен начин: където z е червеното изместване на галактиката, D е разстоянието до нея, H0 е коефициентът на пропорционалност...
Отражение на неизотропията на многообразието пространство-време в емисионните спектри на космологични обекти
Отзад последните годиникосмологията като наука се развива с много високи темпове. Съвременната апаратура, анализът на данните от наблюдения, системите от оптични и радиотелескопи позволиха съвременната космология да се изведе на високо ниво...
Проблемът за топлинната смърт на Вселената
Според втория закон (началото) на термодинамиката процесите, протичащи в затворена система, винаги клонят към равновесно състояние. С други думи, ако няма постоянен поток от енергия в системата...
Структурата на галактиките
Константа на Хъбъл Един от проблемите на извънгалактическата астрономия е свързан с определянето на разстоянията до галактиките и техните размери. Сега са измерени червените отмествания на хиляди галактики и квазари. През 1912 г. американският астроном В...
Всичко на този свят е привлечено от всичко. И за това не е необходимо да имате специални свойства ( електрически заряд, участват в ротацията, имат размер не по-малък от някои.). Достатъчно е просто да съществуваш, както има човек или Земята, или атом. Гравитацията, или както физиците често казват, гравитацията е най-универсалната сила. И все пак: всичко е привлечено от всичко. Но как точно? По какви закони? Колкото и изненадващо да изглежда, този закон е един и същ и освен това е един и същ за всички тела във Вселената – както за звездите, така и за електроните.
1. Законите на Кеплер
Нютон твърди, че между Земята и всички материални тела има гравитационна сила, която е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието.
През 14-ти век астрономът от Дания Тихо Брахе наблюдава движението на планетите в продължение на почти 20 години и записва техните позиции и успява да определи координатите им в различни моменти от времето с възможно най-голяма точност по това време. Неговият асистент, математик и астроном Йоханес Кеплер, анализира бележките на учителя и формулира три закона за движението на планетите:
Първият закон на Кеплер
Всяка планета в Слънчевата система се върти около елипса със слънцето в един от фокусите му. Формата на елипсата, степента на нейното сходство с окръжността ще характеризират съотношението: e=c/d, където c е разстоянието от центъра на елипсата до нейния фокус (половината от междуфокалното разстояние); а - голяма полуос. Стойността на e се нарича ексцентриситет на елипсата. При c = 0 и e = 0 елипсата се превръща в окръжност с радиус a.
Вторият закон на Кеплер (закон за областите)
Всяка планета се движи в равнина, минаваща през центъра на Слънцето, и площта на орбиталния сектор, описана от радиусния вектор на планетите, се променя пропорционално на времето.
По отношение на нашата Слънчева система две понятия са свързани с този закон: перихелий - точката на орбитата, която е най-близо до Слънцето, и афелият - най-отдалечената точка на орбитата. Тогава може да се твърди, че планетата се движи около Слънцето неравномерно: линейната скорост в перихелий е по-голяма, отколкото в афелия.
Всяка година в началото на януари Земята, преминавайки през перихелий, се движи по-бързо; следователно привидното движение на Слънцето по еклиптиката на изток също става по-бързо от средното за годината. В началото на юли Земята, преминавайки през афелия, се движи по-бавно, следователно движението на Слънцето по еклиптиката се забавя. Законът за площите показва, че силата, която контролира орбиталното движение на планетите, е насочена към Слънцето.
Третият закон на Кеплер (хармоничен закон)
Третият или хармоничен закон на Кеплер свързва средното разстояние на планета от Слънцето (a) с нейния орбитален период (t):
където индекси 1 и 2 съответстват на произволни две планети.
Нютон пое поста от Кеплер. За щастие има доста архиви и писма, останали от Англия през 17 век. Нека следваме разсъжденията на Нютон.
Трябва да кажа, че орбитите на повечето планети се различават малко от кръговите. Следователно ще приемем, че планетата се движи не по елипса, а по окръжност с радиус R - това не променя същността на заключението, но значително опростява математиката. Тогава третият закон на Кеплер (той остава валиден, тъй като кръгът е частен случай на елипса) може да се формулира по следния начин: квадратът на времето на един оборот в орбитата (T2) е пропорционален на куба на средното разстояние ( R3) от планетата до Слънцето:
T2=CR3 (експериментален факт).
Тук C е определен коефициент (константата е еднаква за всички планети).
Тъй като времето на един оборот T може да бъде изразено чрез средната скорост на планетата в нейната орбита v: T=2(R/v), то третият закон на Кеплер приема следната форма:
Или след намаляването 4(2 /v2=CR.
Сега вземаме предвид, че според втория закон на Кеплер движението на планетата по кръгова траектория става равномерно, тоест с постоянна скорост. От кинематиката знаем, че ускорението на тяло, движещо се в кръг с постоянна скорост, ще бъде чисто центростремително и равно на v2/R. И тогава силата, действаща на планетата, според втория закон на Нютон, ще бъде равна на
Нека изразим съотношението v2/R от закона на Кеплер v2/R=4(2/СR2) и го заместим във втория закон на Нютон:
F = m v2 / R = m4 (2 / СR2 = k (m / R2), където k = 4 (2 / С е постоянна стойност за всички планети.
Така че, за всяка планета, силата, действаща върху нея, е право пропорционална на нейната маса и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието й от Слънцето:
Слънцето, източникът на силата, действаща върху планетата, следва от първия закон на Кеплер.
Но ако Слънцето привлича планета със сила F, тогава планетата (съгласно третия закон на Нютон) също трябва да привлече Слънцето със същата сила F. Освен това тази сила по своята природа не се различава от силата на Слънцето: тя също е гравитационен и, както показахме, също трябва да е пропорционален на масата (този път на Слънцето) и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието: F=k1(M/R2), тук коефициентът k1 е различен за всяка планета (може би дори зависи от нейната маса!) .
Приравнявайки двете гравитационни сили, получаваме: km=k1M. Това е възможно при условие, че k=(M, и k1=(m, т.е. при F=((mM/R2), където (- константа е една и съща за всички планети).
Следователно универсалната гравитационна константа (не може да бъде никаква - с единиците за величина, които сме избрали - само избраната от природата. Измерванията дават приблизителна стойност (= 6,7 x10-11 N. m2 / kg2.
2. Закон за гравитацията
Нютон получи забележителен закон, описващ гравитационното взаимодействие на всяка планета със Слънцето:
И трите закона на Кеплер се оказаха следствие от този закон. Беше колосално постижение да се намери (един!) закон, управляващ движението на всички планети в Слънчевата система. Ако Нютон се беше ограничил само до това, ние все още щяхме да го помним, когато изучаваше физика в училище и щяхме да го наречем изключителен учен.
Нютон беше гений: той предположи, че един и същ закон управлява гравитационното взаимодействие на всякакви тела, той описва поведението на луната, която се върти около земята, и ябълката, падаща на земята. Беше невероятна мисъл. В крайна сметка общото мнение беше - небесни теладвижат се според своите (небесни) закони, а земните тела - според собствените си, "светски" правила. Нютон приема единството на природните закони за цялата вселена. През 1685 г. И. Нютон формулира закона за всемирното притегляне:
Всякакви две тела (по-точно две материални точки) се привличат един към друг със сила, правопропорционална на масите им и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Законът за всемирното притегляне е един от най-добрите примери за това на какво е способен човек.
Гравитационната сила, за разлика от силите на триене и еластичността, не е контактна сила. Тази сила изисква две тела да се докоснат, за да взаимодействат гравитационно. Всяко от взаимодействащите тела създава гравитационно поле в цялото пространство около себе си – форма на материя, чрез която телата гравитационно взаимодействат едно с друго. Създаденото от някакво тяло поле се проявява в това, че действа върху всяко друго тяло със сила, определена от универсалния закон за гравитацията.
3. Движение на Земята и Луната в Космоса.
Луната, естествен спътник на Земята, в процеса на движението си в космоса се влияе главно от две тела – Земята и Слънцето. Изчисляваме силата, с която Слънцето привлича Луната, прилагайки закона за всемирното притегляне, получаваме, че слънчевото привличане е два пъти по-силно от земното.
Защо луната не пада върху слънцето? Факт е, че и Луната, и Земята се въртят около общ център на масата. Общият център на масата на Земята и Луната се върти около Слънцето. Къде е центърът на масата на системата Земя-Луна? Разстоянието от Земята до Луната е 384 000 км. Съотношението на масата на Луната към масата на Земята е 1:81. Разстоянията от центъра на масата до центровете на Луната и Земята ще бъдат обратно пропорционални на тези числа. Разделяйки 384 000 км на 81, получаваме приблизително 4 700 км. Това означава, че центърът на масата се намира на разстояние 4700 km от центъра на Земята.
* Какъв е радиусът на Земята?
* Около 6400 км.
* Следователно центърът на масата на системата Земя-Луна се намира вътре в земното кълбо. Следователно, ако не се стремите към точност, можете да говорите за въртенето на Луната около Земята.
На диаграмата са показани движенията на Земята и Луната в космоса и промяната на взаимното им положение спрямо Слънцето.
При двукратно преобладаване на слънчевото привличане над земното, кривата на движението на Луната трябва да е вдлъбната спрямо Слънцето във всичките му точки. Влиянието на близката Земя, което значително надвишава масата на Луната, води до факта, че величината на кривината на лунната хелиоцентрична орбита се променя периодично.
Луната се върти около Земята, задържана от силата на гравитацията. С каква сила земята дърпа луната?
Това може да се определи чрез формулата, изразяваща закона за гравитацията: F=G*(Mm/r2) където G е гравитационната константа, Mm са масите на Земята и Луната, r е разстоянието между тях. След като направихме изчислението, стигнахме до заключението, че Земята привлича Луната със сила от около 2-1020 N.
Цялото действие на силата на привличане на Луната от Земята се изразява само в задържането на Луната в орбита, в придаване на центростремително ускорение към нея. Познавайки разстоянието от Земята до Луната и броя на оборотите на Луната около Земята, Нютон определи центростремителното ускорение на Луната, което доведе до вече известното за нас число: 0,0027 m/s2. Доброто съответствие между изчислената стойност на центростремителното ускорение на Луната и нейната действителна стойност потвърждава предположението, че силата, задържаща Луната в орбита, и силата на гравитацията са от едно и също естество. Луната в орбита може да се държи от стоманено въже с диаметър около 600 км. Но въпреки такава огромна сила на привличане, Луната не пада на Земята.
Луната е отдалечена от Земята на разстояние, равно на около 60 земни радиуса. Следователно, Нютон разсъждава. Луната, падаща с такова ускорение, трябва да се приближи до Земята през първата секунда с 0,0013 м. Но освен това Луната се движи по инерция в посоката на моментната скорост, т.е. по права линия, допирателна към нейната орбита при дадена точка около Земята
Движейки се по инерция, Луната трябва да се отдалечи от Земята, както показва изчислението, за една секунда с 1,3 мм. Разбира се, такова движение, при което през първата секунда Луната да се движи по радиуса към центъра на Земята, а през втората секунда - тангенциално, всъщност не съществува. И двете движения се сумират непрекъснато. В резултат на това Луната се движи по извита линия, близка до кръг.
Обикаляйки около Земята, Луната се движи в орбита със скорост от 1 km/s, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети“ в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята. Можем да кажем, че Луната ще падне на Земята само ако не се движи в орбита, т.е. ако външни сили (някаква космическа ръка) спрат Луната в нейната орбита, тогава тя естествено ще падне на Земята. В този случай обаче ще се освободи толкова много енергия, че не е необходимо да се говори за падането на Луната на Земята като твърдо тяло. От всичко казано по-горе можем да заключим.
Луната пада, но не може да падне. И ето защо. Движението на Луната около Земята е резултат от компромис между двете "желания" на Луната: да се движи по инерция - по права линия (поради наличието на скорост и маса) и да пада "надолу" до Земята (също поради наличието на маса). Можем да кажем това: универсалният закон за гравитацията призовава Луната да падне на Земята, но законът за инерцията на Галилей я „убеждава“ изобщо да не обръща внимание на Земята. Резултатът е нещо средно - орбитално движение: постоянно, безкрайно падане.
